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夹杂纤维压力容器定型作业探讨

作者:admin来源:中国压力容器网 日期:2012-5-12 15:15:58 人气: 标签:

  混杂压力容器的铺层设计混杂复合材料使复合材料设计具有更大的优越性与灵活性,采用不同类型纤维,对纤维相对含量、铺层位置、不同的混杂方式进行设计,使不同纤维用在最恰当的位置,充分发挥各自的优势,达到压力容器的最佳刚度和强度。

  该课题采用碳纤维、F12纤维混杂缠绕成形,两种纤维物理特性不同(线密度)力学性能不同(强度、模量)、设计参数不同,两种纤维缠绕设计时应力平衡系数不同,按照成熟的5150mm容器铺层设计,缠绕2纵向2环向,即将螺旋缠绕与环向缠绕交替进行。为了达到一定的可比性,将各种形式的5150mm容器爆破压强定为25MPa进行设计<3>,可表示p=p纵=p环=25MPa或Ep纵i=Ep环i=25MPa纵、环向爆破压强计算<4>pA=2A0rARAnAcos2AR(1)pH=2A0rHRHnHR(2-tan2A)(2)式中pA、pH分别为纵向、环向爆破压强;R为容器半径;A为纵向缠绕角;A0为纤维截面积;nA、nH分别为纵、环向铺层数;ra、r0分别为纵、环向排纱密度;Ra、RH分别为纵、环向纤维设计强力。

  层间混杂分别采用碳纤维、F12纤维设计方法计算,使其设计压强代数和为25MPa.层内混杂两种纤维同时浸胶缠绕在芯模上,纤维铺层是同步进行的,于是就有EpA=pAF+pAc=25MPaEpH=pHF+pHc=25MPa具体计算结果如所示。

  混杂5150mm容器设计参数铺层方式p/MPa层间混杂HYB150-纵环纵环纵环纵环2512.5层内混杂HYA150纵CF纵F12环CF环混杂压力容器湿法成型工艺湿法缠绕成形将浸胶、缠绕结合在同一个工艺过程中,缠绕在芯模上的纱带质量如何,完全由浸胶工艺决定。

  层间混杂容器成形工艺与单一纤维成形一致。层内混杂将两种纤维同时浸胶,通过集束装置配合股后,经浸胶、,缠绕在芯模上,成型工艺流程。缠绕张力的确定压力容器缠绕中张力的施加对树脂含量、胶带层间正压力有一定影响,因而是容器成形工艺中一项重要指标。据报道,张力选择不恰当,会使压力容器强度损失30%左右。纤维缠绕张力的选择有以下几个原则:(a)缠绕张力要适当,过大,对内层纤维挤压,树脂基体迁移严重,易造成内层贫胶现象;过小,纤维张紧度不够,在受到内压时,应力传递到纤维时,纤维处于松弛状态,不能有效发挥强度,造成树脂开裂,容器低压破坏;(b)缠绕中张力要均匀,否则易造成容器中纤维排布时松时紧,而且含胶量无法保证<5>;(c)张力要逐层递减,外层缠绕时对内层有一定的压力,外层张力大于内层时,易使内层纤维松散。纤维种类不同,表面状态不同,张力的取值范围也各不相同。混杂压力容器缠绕张力采用STC系统控制,精度高,能够避免各束纤维张力不均匀性对壳体的影响。

  层间混杂压力容器对层间混杂及全F12纤维、全碳纤维5150mm容器筒身应力-应变进行测试,数据。12层内混杂压力容器可见,层内混杂容器筒身轴向应变与碳纤维接近,低于F12纤维,在10MPa应力下仅为F12纤维的61%;径向应变几乎与碳纤维重合。

  结论a1从层间、层内不同混杂方式的5150mm容器应力-应变数据分析认为,以F12纤维为纵向层的HYB150-01容器应变略高于全F12纤维,环向碳纤维的贡献不明显,无法体现混杂的意义;分区缠绕的HYB150-03、HYB150-04容器应变处于全F12纤维、全碳纤维之间,表现出正的混杂效应;以碳纤维为纵向层的HYB150-02容器轴向应变低于全碳纤维,具有高的混杂正效应;层内混杂(碳纤维体积比为67)应变与碳纤维一致,刚性较高。

  

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